【Linux网络编程】UDP编程

00. 目录

01. 概述

UDP 是 User Datagram Protocol 的简称， 中文名是用户数据报协议，是一个简单的面向数据报的传输层协议，在网络中用于处理数据包，是一种无连接的协议。UDP 不提供可靠性的传输，它只是把应用程序传给 IP 层的数据报发送出去，但是并不能保证它们能到达目的地。由于 UDP 在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接，且没有超时重发等机制，故而传输速度很快。

UDP 有如下的特点：

1）邮件系统服务模式的抽象（可通过邮件模型来进行对比）

2）每个分组都携带完整的目的地址

3）发送数据之前不需要建立链接

4）不对数据包的顺序进行检查，不能保证分组的先后顺序

5）不进行分组出错的恢复和重传

6）不保证数据传输的可靠性

在网络质量令人十分不满意的环境下，UDP 协议数据包丢失会比较严重。但是由于 UDP 的特性：它不属于连接型协议，因而具有资源消耗小，处理速度快的优点，所以通常音频、视频和普通数据在传送时使用 UDP 较多，因为它们即使偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。比如我们聊天用的 ICQ 和 QQ 就是使用的 UDP 协议。

02. UDP编程C/S结构

对于 UDP客户端编程流程，有点类似于写信过程：找个邮政工作人员（ socket() ）->信封上写上地址同时里面装上信件内容并且投递（sendto() ）-> ……还可以继续写信，或者，接收对方的回信（recvfrom() ）……-> 打完收工(close() )。

对于 UDP 服务器编程流程， 有点类似于收信过程：找个邮政工作人员（ socket() ） -> 确定信箱的位置：地址+信箱号（bind() ）-> 等待对方的来信（ recvfrom() ）-> ……还可以回信(write() )，或者，继续等待对方的来信……

UDP 服务器程序
UDP网络程序想要收取数据需什么条件？

1）确定的 ip 地址

2）确定的端口（port）

这正如，我要收到别人寄过来的信，我必须告诉别人我的地址（ip），同时告诉别人我我的公寓信箱号（端口）。

接收端使用 bind() 函数，来完成地址结构与 socket 套接字的绑定，这样 ip、port 就固定了，发送端在 sendto 函数中指定接收端的 ip、port，就可以发送数据了。

03. UDP常用函数

3.1 sendto函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
功能：
	向 to 结构体指针中指定的 ip，发送 UDP 数据，可以发送 0 长度的 UDP 数据包
参数：
	sockfd：套接字
	buf：发送数据缓冲区
	len：发送数据缓冲区的大小
	flags：一般为 0
	to：指向目的主机地址结构体的指针
	addrlen：to 所指向内容的长度
返回值：
	成功：发送数据的长度
	失败： -1

3.2 recvfrom函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
功能：
	接收 UDP 数据，并将源地址信息保存在 from 指向的结构中，默认的情况下，
    如果没有接收到数据，这个函数会阻塞，直到有数据到来。
参数：
	sockfd:套接字
	buf：接收数据缓冲区
	len:接收数据缓冲区的大小
	flags：套接字标志（常为 0）
	from：源地址结构体指针，用来保存数据的来源
	addrlen：from 所指内容的长度
返回值：
	成功：接收到的长度
	失败： -1

3.3 bind函数

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
         socklen_t addrlen);
功能：
	将本地协议地址与 sockfd 绑定，这样 ip、port 就固定了
参数：
	sockfd：socket 套接字
	addr： 指向特定协议的地址结构指针
	addrlen：该地址结构的长度
返回值：
	成功：返回 0
	失败：-1

参考示例:

// 本地网络地址
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));	// 清空结构体内容
my_addr.sin_family = AF_INET;	// ipv4
my_addr.sin_port   = htons(port);	// 端口转换
// 绑定网卡所有ip地址，INADDR_ANY为通配地址，值为0
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
 
printf("Binding server to port %d\n", port);
int err_log;
err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
if(err_log != 0)
{
	perror("bind");
	close(sockfd);		
	exit(-1);
}

04. 程序示例

4.1 UDP客户端

对比于写信模型，客户端相当于寄信人，要想成功给人寄信，信封上必须写上对方的地址。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
 
int main(int argc, char *argv[])
{
	unsigned short port = 8080;	//服务器端口
	char *server_ip = "192.168.12.10";	//服务器ip地址
	
	if( argc > 1 )	// main函数传参，服务器ip地址
	{	
		server_ip = argv[1];
	}
	
	if( argc > 2 )	// main函数传参，服务器端口
	{
		port = atoi(argv[2]);
	}
 
	int sockfd;
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   //创建UDP套接字
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	// 套接字地址
	struct sockaddr_in dest_addr;
	bzero(&dest_addr, sizeof(dest_addr));	// 清空内容
	dest_addr.sin_family = AF_INET;		// ipv4
	dest_addr.sin_port   = htons(port);	// 端口转换
	inet_pton(AF_INET, server_ip, &dest_addr.sin_addr);	// ip地址转换
 
	printf("send data to UDP server %s:%d!\n", server_ip, port);
	
	while(1)
	{
		char send_buf[512] = "";
		fgets(send_buf, sizeof(send_buf), stdin);//获取输入
		send_buf[strlen(send_buf)-1] = '\0';
		//发送数据
		int len = sendto(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0, 
                         (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr));
		printf("len = %d\n", len);
	}
	
	close(sockfd);
	return 0;
}

UDP客户端注意事项:

1）本地IP、本地端口（我是谁）

2）目的IP、目的端口（发给谁）

3）在客户端的代码中，我们只设置了目的IP、目的端口

4）客户端的本地 ip、本地 port 是我们调用 sendto 的时候 linux 系统底层自动给客户端分配的；分配端口的方式为随机分配，即每次运行系统给的 port 不一样。

4.2 UDP服务端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	unsigned short port = 8000;		// 本地端口
	if(argc > 1)
	{
		port = atoi(argv[1]);
	}
 
	int sockfd;
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);	// 创建套接字
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	// 本地网络地址
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));	// 清空结构体内容
	my_addr.sin_family = AF_INET;	// ipv4
	my_addr.sin_port   = htons(port);	// 端口转换
	// 绑定网卡所有ip地址，INADDR_ANY为通配地址，值为0
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
	
	printf("Binding server to port %d\n", port);
	int err_log;
	err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
	if(err_log != 0)
	{
		perror("bind");
		close(sockfd);		
		exit(-1);
	}
	
	printf("receive data...\n");
	while(1)
	{
		int recv_len;
		char recv_buf[512] = "";
		struct sockaddr_in client_addr;
		char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";//INET_ADDRSTRLEN=16
		socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr); 
		
		// 接受数据
		recv_len = recvfrom(sockfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0, 
							(struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);
		inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);
		printf("\nip:%s ,port:%d\n",cli_ip, ntohs(client_addr.sin_port));
		printf("data(%d):%s\n",recv_len,recv_buf);
	}
	
	close(sockfd);
	return 0;
}

05. 附录